基于单片机家用机器人的自主移动控制系统研究

论文摘要

本课题以移动机器人为背景,对家用移动机器人模糊控制避障算法和路径规划问题进行深入研究和实验验证,确定了基于行为的避障控制方法,并且对机器人硬件结构与运动学模型进行了分析与论证。本文主要从控制模块、感知系统、步进电机驱动模块和电源系统四个方面对移动机器人的基本结构进行了详细的分析设计。考虑到运动控制的难点,重点研究了家用移动机器人控制系统的设计、感知模块设计、模糊控制器的设计及模糊控制在家用机器人避障中的应用。实现了对超声波对障碍物距离的检测并发出控制指令等功能。使用三组超声波传感器分时对家用机器人周围的环境进行探测,利用单片机对障碍物信息进行分析处理,通过改进的模糊控制算法来完成障碍物信息识别与处理,实现了家用移动机器人的自主避障。最后,对部分功能进行了调试,所设计的超声波传感器系统可实现对周围环境障碍物的探测,障碍物判别系统将能够保障自动导航机器人的安全行驶。该系统运行稳定,基本达到了预期研究的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 机器人技术发展简介
• 1.3 超声波传感器技术
• 1.4 模糊控制技术
• 1.5 本课题研究的主要工作和预期目标
• 第2章 家用机器人运动结构及运动模型
• 2.1 移动机器人的机械运动结构
• 2.1.1 差速转向式
• 2.1.2 铰轴转向式
• 2.2 运动模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 控制系统硬件设计
• 3.1 系统硬件结构总体设计
• 3.2 控制模块设计
• 3.2.1 控制主芯片选择
• 3.2.2 AT89C51 微处理器
• 3.3 电机驱动模块
• 3.3.1 L298N 芯片介绍
• 3.3.2 步进电机介绍
• 3.4 感知模块设计
• 3.4.1 感知模块结构设计
• 3.4.2 CC4051 芯片介绍
• 3.4.3 CX20106 介绍
• 3.4.4 传感器
• 3.5 电源模块
• 3.5.1 移动小车的电源设计
• 3.5.2 使用LM25275 注意事项
• 3.6 通讯连接方式
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 系统软件结构设计
• 4.2 检测程序设计
• 4.2.1 CC4051 通道选取程序设计
• 4.2.2 超声波测距程序设计
• 4.3 步进电机控制程序
• 4.3.1 步进电机驱动程序
• 4.3.2 步进电机转速控制程序
• 4.4 路径规划
• 4.4.1 环境类别
• 4.4.2 避障路径规划模式化
• 4.5 模糊控制程序模块
• 4.5.1 模糊控制概述
• 4.5.2 模糊控制的基础知识
• 4.5.3 模糊控制器设计
• 4.5.4 模糊避障的应用
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验结果和分析
• 5.1 小车避障实验
• 5.2 实验结果分析
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢